橋梁水下鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究與應(yīng)用

張彥龍

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司， 北京 100000）

0 引言

橋梁樁基礎(chǔ)大部分施工環(huán)節(jié)都是在水下操作進(jìn)行的。這項(xiàng)施工工程在開(kāi)展的過(guò)程中，由于環(huán)境特殊，不能對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行全面細(xì)致的觀察，除此之外，由于水下施工條件限制，必須要有效地縮短施工周期，這也是基礎(chǔ)施工工程的常見(jiàn)難題之一，尤其是考慮到特殊施工條件下施工人員的技術(shù)水平問(wèn)題，必須要選擇具備長(zhǎng)期從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)人員投入到施工過(guò)程中。在操作的過(guò)程中首先需要施工人員放線定位施工區(qū)域、精準(zhǔn)測(cè)定樁位，然后再進(jìn)行埋設(shè)護(hù)筒、鉆孔和灌注混凝土等施工，在不同的施工環(huán)節(jié)中，需要對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用及控制，才能夠有效地強(qiáng)化施工質(zhì)量。

1 水下鉆孔灌注樁施工前的準(zhǔn)備工作

為了確保水下鉆孔灌注樁施工技術(shù)能夠在橋梁的建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮良好的應(yīng)用價(jià)值，開(kāi)工前，要對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行充分的調(diào)查。首先，必須要結(jié)合施工區(qū)域的具體狀況，對(duì)施工區(qū)域的實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)文件做校核，然后根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，選擇適合的鉆孔灌注樁施工設(shè)備。同時(shí)，考慮到水下施工存在一定的危險(xiǎn)性，施工前還需要制定相對(duì)應(yīng)的緊急情況處理預(yù)案，有效地應(yīng)對(duì)水下施工帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)工前必須要對(duì)施工人員進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)以及考核，盡量選擇具有水下施工經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員，確保施工隊(duì)伍的專業(yè)性，并做好安全技術(shù)交底。由于水下施工對(duì)施工周期限制較大，為了減少外界因素對(duì)施工進(jìn)度帶來(lái)的影響，要對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行合理的管控。除此之外，灌注的原材料也會(huì)對(duì)后期灌注樁的承載能力以及使用壽命產(chǎn)生較大的影響，因此，在前期施工規(guī)劃過(guò)程中也要考慮到材料的選擇問(wèn)題。必須要將材料的選購(gòu)環(huán)節(jié)作為管理源頭，材料正式準(zhǔn)入之前做好質(zhì)量的質(zhì)檢工作。到施工階段時(shí)，首要任務(wù)就是要進(jìn)行放線定位，確保灌注樁的樁位處于規(guī)定范圍內(nèi)，不得出現(xiàn)超規(guī)范偏差。其次，在進(jìn)行鉆孔之前，還需要對(duì)護(hù)筒的埋設(shè)高度、平面位置進(jìn)行檢測(cè)，確保埋設(shè)高度和位置符合規(guī)范要求。當(dāng)鉆機(jī)就位后，需要對(duì)鉆機(jī)的水平以及垂直方向的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，確保鉆桿處于鉛垂?fàn)顟B(tài)。在具體施工過(guò)程中，需要對(duì)護(hù)壁泥漿指標(biāo)進(jìn)行定期檢驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)泥漿指標(biāo)與規(guī)定不符，還需要進(jìn)行二次調(diào)配，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整確保泥漿配比的黏稠度、含砂率、pH值等指標(biāo)達(dá)標(biāo)。鉆孔灌注樁施工工藝如圖1所示。

圖1 鉆孔灌注樁施工工藝框圖

2 橋梁水下鉆孔灌注樁施工技術(shù)的主要應(yīng)用

2.1 泥漿的配比工作

在橋梁水下鉆孔灌注樁施工中，最為重要的輔助措施就是泥漿護(hù)壁，鉆孔施工的區(qū)域必須穩(wěn)固堅(jiān)實(shí)，為了避免水下土層坍塌，可以將膨潤(rùn)土泥漿作為保護(hù)層。在泥漿保護(hù)層作用下，能夠保證鉆機(jī)在易坍塌地層中穩(wěn)步鉆進(jìn)，隨著鉆孔深度的不斷加深，需要向孔內(nèi)連續(xù)進(jìn)行泥漿補(bǔ)灌工作，并隨時(shí)對(duì)護(hù)筒進(jìn)行觀測(cè)，避免在補(bǔ)漿過(guò)程中發(fā)生孔壁坍塌?；炷凉嘧r(shí)，泥漿會(huì)從孔內(nèi)向外溢出，需要將這些溢出的泥漿引流到沉渣池中，經(jīng)過(guò)渣土沉淀后再引入泥漿池，提升對(duì)泥漿材料的循環(huán)利用率。不同地質(zhì)情況的泥漿技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 泥漿技術(shù)指標(biāo)表

2.2 放線定位

灌注樁的定位工作是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)施工質(zhì)量保障的根基。當(dāng)確認(rèn)精準(zhǔn)的施工位置后需要結(jié)合設(shè)計(jì)文件，選用相應(yīng)土層條件的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鉆孔。同時(shí)，在不影響后期鉆孔效果的基礎(chǔ)上進(jìn)行栓樁施工。為了確保栓樁的有效性，還要對(duì)栓樁工序進(jìn)行檢測(cè)，如果定位的大小以及位置出現(xiàn)偏差還需要進(jìn)行補(bǔ)樁工作[1]。

2.3 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒的應(yīng)用主要是對(duì)提前預(yù)設(shè)好的樁位進(jìn)行固定，同時(shí)還能夠?yàn)楹笃诘你@孔施工起到良好的引導(dǎo)和固定作用，能對(duì)孔口起到較好的防護(hù)，避免孔口出現(xiàn)坍塌問(wèn)題。除此之外，護(hù)筒還能有效地隔離鉆孔內(nèi)部與外部的表層水，確保鉆孔內(nèi)部的水位高于地下水位，保持地下水水壓平衡，這樣就能夠有效地提升孔壁的穩(wěn)定。在護(hù)筒埋設(shè)的過(guò)程中，必須要對(duì)施工地質(zhì)情況進(jìn)行核查，尤其是回填土區(qū)域，必須要進(jìn)行夯實(shí)，確?；靥钔羺^(qū)域的土質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的承壓能力和自穩(wěn)性。在回填過(guò)程中需要選取不透水的黏土材料，同時(shí)，還需要對(duì)護(hù)筒的埋設(shè)深度進(jìn)行控制，確保護(hù)筒的埋設(shè)深度滿足防護(hù)要求，且頂部高出原地面300mm以上。如果護(hù)筒外壁不斷有水滲出，就可能會(huì)導(dǎo)致地基出現(xiàn)不均勻沉降，從而引發(fā)護(hù)筒位置的偏移，這也會(huì)導(dǎo)致鉆孔與標(biāo)準(zhǔn)角度之間出現(xiàn)偏差，從而影響到后續(xù)的灌注施工流程[2]。在鉆孔操作時(shí)盡量不要與護(hù)筒產(chǎn)生密切接觸，如果發(fā)現(xiàn)護(hù)筒持續(xù)滲水應(yīng)立刻停止鉆孔，然后就地取材，用周邊可用材料對(duì)護(hù)筒的埋設(shè)周邊區(qū)域進(jìn)行加固，如果以上操作措施還是無(wú)法避免護(hù)筒的不穩(wěn)定性問(wèn)題，就要對(duì)護(hù)筒的埋設(shè)區(qū)域進(jìn)行二次加固[3]。

2.4 樁基成孔

在實(shí)際的鉆孔施工過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)護(hù)筒中排出的水分或泥漿中有氣泡或者護(hù)筒突然出現(xiàn)不均勻沉降，這就證明筒壁已經(jīng)發(fā)生了坍塌問(wèn)題。導(dǎo)致筒壁坍塌的主要原因就是因?yàn)槭┕^(qū)域周邊的土質(zhì)凝聚力較差，這導(dǎo)致泥漿構(gòu)成的護(hù)臂承壓較大。由于鉆機(jī)在鉆孔過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)速度較快，鉆孔過(guò)程至成孔時(shí)間較長(zhǎng)，此過(guò)程中要經(jīng)常檢查護(hù)筒穩(wěn)定狀況，如果發(fā)現(xiàn)護(hù)筒埋設(shè)區(qū)域的土層較為松散，就需要對(duì)回填土進(jìn)行夯實(shí)[4]。如果在灌注的過(guò)程中使用的泥漿具有較好的性能，這些泥漿就能夠有效地在孔壁上形成良好的保護(hù)層。初期鉆孔階段完成后，還需要進(jìn)行泥漿補(bǔ)灌工作，保障灌注樁基的抗壓性能。鉆進(jìn)過(guò)程需根據(jù)地質(zhì)情況合理調(diào)整鉆進(jìn)速度。

2.5 鋼筋籠的施工

鋼筋籠在施工過(guò)程中由于本身自重較大，需要通過(guò)大型的起吊裝置以及機(jī)塔架等設(shè)備來(lái)進(jìn)行輔助施工。如果出現(xiàn)超長(zhǎng)或超重鋼筋籠無(wú)法同批次運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，就可以考慮將鋼筋籠通過(guò)段裝式的運(yùn)輸方式進(jìn)行吊運(yùn)。在到達(dá)運(yùn)輸?shù)攸c(diǎn)時(shí)，需要按照原本的組建方式對(duì)不同的分段部位進(jìn)行二次焊接。不同的分段范圍需要根據(jù)每次運(yùn)輸?shù)念~定重量以及運(yùn)輸距離來(lái)進(jìn)行劃分，在運(yùn)輸過(guò)程中需在額定值的間隔區(qū)域中增加固定設(shè)備裝置，確保運(yùn)輸過(guò)程中的安全及穩(wěn)定。鋼筋骨架的運(yùn)輸以及二次焊接工作必須根據(jù)相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范來(lái)進(jìn)行，與此同時(shí)，考慮到骨架安裝的位置對(duì)整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來(lái)的影響，必須要確認(rèn)準(zhǔn)確的安裝位置[6]。由于鉆孔孔徑較為細(xì)小，容易導(dǎo)致孔的角度與基準(zhǔn)角度之間存在度數(shù)差，為解決此問(wèn)題，在鋼筋籠施工過(guò)程中，要考慮到孔徑的大小和位置，避免角度與標(biāo)準(zhǔn)角度之間的度數(shù)差過(guò)大，在固定時(shí)盡量將鋼筋骨架與鉆孔的位置對(duì)正，鋼筋籠下放過(guò)程中需輕微旋轉(zhuǎn)，并對(duì)鋼筋籠加設(shè)耳筋或混凝土保護(hù)層墊塊，通過(guò)加固和其它措施能夠有效地避免成孔傾斜角度產(chǎn)生的影響[7]。

2.6 水下混凝土灌注

水下混凝土灌注過(guò)程中的原材料配比，需要通過(guò)科學(xué)的計(jì)算理論以及相關(guān)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，在試驗(yàn)過(guò)程中，混凝土的強(qiáng)度必須要高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在混凝土的配比過(guò)程中，需要將水灰比控制在一定范圍內(nèi)，而粗骨料可以選擇棱角少的礫石材料，以確保混凝土坍落度達(dá)到180～220mm之間。目前，混凝土運(yùn)輸?shù)姆绞椒N類多樣，可以直接采用混凝土輸送泵進(jìn)行灌注工作，條件允許地段也可采取混凝土罐車直接卸料的方式，這兩種輸送灌注的技術(shù)在橋梁工程的水下施工中應(yīng)用較廣。在混凝土灌注施工環(huán)節(jié)中，必須要對(duì)導(dǎo)管的分解長(zhǎng)度進(jìn)行有效地控制，便于后期對(duì)導(dǎo)管的拆卸工作，同時(shí)，也要確保每一節(jié)導(dǎo)管連接部位不能出現(xiàn)縫隙，確保導(dǎo)管嚴(yán)密性[8]。

在對(duì)水下混凝土進(jìn)行灌注施工之前，必須要利用測(cè)錘以及測(cè)繩對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定成孔的孔徑、垂直度、孔深等。需要注意的是在灌注工作之前還應(yīng)該對(duì)混凝土原材料的攪拌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)并保留試塊。同時(shí)，還需要考慮到孔底的沉渣厚度，摩擦樁沉渣厚度控制在300mm以內(nèi)，端承樁沉渣厚度控制在100mm以內(nèi)，如果沉渣的厚度不能滿足規(guī)范要求，就需要二次清孔。在混凝土進(jìn)行灌注前，要對(duì)導(dǎo)管連接進(jìn)行水密承壓試驗(yàn)和接口抗拉試驗(yàn)，導(dǎo)管入料口加隔水栓，以檢測(cè)導(dǎo)管的密封性。導(dǎo)管底口距孔底控制在500mm左右，混凝土灌注前，通過(guò)計(jì)算確保料斗內(nèi)混凝土量，灌注后導(dǎo)管底口埋深1～2m，灌注過(guò)程中導(dǎo)管底口嚴(yán)禁提出混凝土頂面，確保埋深4～6m，混凝土灌注拔管長(zhǎng)度要經(jīng)計(jì)算和實(shí)測(cè)，避免超拔導(dǎo)管出現(xiàn)斷樁。灌注成樁的混凝土頂面要高出設(shè)計(jì)樁體頂面高程0.5～1m。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行橋梁水下鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，由于受到水下環(huán)境復(fù)雜以及施工條件等多方面因素的限制和影響，會(huì)存在較大難度，導(dǎo)致施工質(zhì)量也受到相應(yīng)的影響。對(duì)此，要求開(kāi)展實(shí)際施工操作的技術(shù)人員必須具備相應(yīng)的豐富從業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)的施工技巧，在實(shí)際工作中認(rèn)真細(xì)致，結(jié)合工程實(shí)際情況來(lái)分析應(yīng)當(dāng)采取怎樣的施工技術(shù)方式，才能夠確保鉆孔施工各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)有效銜接，從而提升灌注樁施工的效率，確保工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。